無(wú)人機(jī)免像控技術(shù)在地形圖測(cè)量中的應(yīng)用

范秀慶

(山東省地礦測(cè)繪院,山東 濟(jì)南 250002)

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測(cè)繪4.0：拓普康索佳應(yīng)用方案專欄

無(wú)人機(jī)免像控技術(shù)在地形圖測(cè)量中的應(yīng)用

范秀慶

(山東省地礦測(cè)繪院,山東 濟(jì)南 250002)

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)免像控技術(shù)逐漸在無(wú)人機(jī)航測(cè)中得到應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)1∶500比例尺地形圖測(cè)繪項(xiàng)目的生產(chǎn)試驗(yàn)，對(duì)該技術(shù)在測(cè)繪生產(chǎn)中的作業(yè)效率及圖形精度作了探討。

無(wú)人機(jī)；免像控；作業(yè)效率；圖形精度

無(wú)人機(jī)航測(cè)近年來(lái)得到了測(cè)繪行業(yè)的廣泛應(yīng)用和認(rèn)可，但傳統(tǒng)航測(cè)作業(yè)依然存在著很多缺點(diǎn)，如飛行姿態(tài)不穩(wěn)定、相機(jī)相幅小、影像畸變差大、重疊度不規(guī)則等。如果按照傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量加密方式，不僅需要布設(shè)較多的像控點(diǎn)，還會(huì)成倍增加像控聯(lián)測(cè)的野外測(cè)量工作量。

天狼星無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)結(jié)合RTK技術(shù)，可獲取高密度、高精度的航空制圖像控點(diǎn)，這種精密定位技術(shù)使得像片位置信息實(shí)現(xiàn)與地面控制點(diǎn)相同的功能。通過(guò)天狼星無(wú)人機(jī)獲取的影像，經(jīng)過(guò)AgiSoft PhotoScan Pro處理軟件，能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)800張低空影像的匹配速度。系統(tǒng)自帶平差系統(tǒng)，無(wú)需借助第三方軟件，可自動(dòng)智能化后處理，一步直接導(dǎo)出DOM、DEM、點(diǎn)云，無(wú)需空三加密等流程，可在虛擬采集軟件下直接作裸眼3D采集，無(wú)需傳統(tǒng)立體測(cè)圖的3D眼鏡、手輪、腳盤(pán)。這樣無(wú)需傳統(tǒng)的像控和空三加密步驟，便可以得到DLG、DOM、DEM等數(shù)據(jù)，大大減少了外業(yè)測(cè)量和測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。本文以濟(jì)南市某地形測(cè)量項(xiàng)目為例，對(duì)天狼星無(wú)人機(jī)免像控技術(shù)在測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)中的效率和精度進(jìn)行探討。

1 天狼星無(wú)人機(jī)作業(yè)流程

1.1 低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)

低空無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的組成如下：飛行控制系統(tǒng)、低空航攝平臺(tái)、遙感傳感器系統(tǒng)、地面站監(jiān)控系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用了高頻率、高精度GPS實(shí)時(shí)差分技術(shù)，可利用MAVinci Desktop飛控軟件按照項(xiàng)目要求進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，自動(dòng)進(jìn)行航空攝影及航攝數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三加密，并生成DEM、DOM和DLG。

1.2 影像處理

將獲取的影像數(shù)據(jù)及POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件Agisoft PhotoScan Pro中，設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)、中央子午線、投影方法、數(shù)據(jù)處理精度，選擇生成的產(chǎn)品種類、格式，運(yùn)行數(shù)據(jù)處理即可。影像處理分架次處理，產(chǎn)品種類主要有：真正射影像、DEM、密集點(diǎn)云、DSM。利用易拼圖(EPT)可對(duì)TDOM進(jìn)行鑲嵌和分幅。

1.3 地形圖測(cè)繪

利用真正射影像和數(shù)字高程模型，在EPSD2D繪圖軟件上生成三維模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為DSM。在三維模型上進(jìn)行矢量化，主要有建筑物及構(gòu)筑物、道路及道路附屬設(shè)施、河流及橋梁、線桿、路燈、溝坎、地類范圍等能夠辨認(rèn)的各類地物。高程數(shù)據(jù)采集主要從點(diǎn)云中篩選出正確的高程數(shù)據(jù)，然后展繪到數(shù)字線劃圖中。由于試驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋度較高，嚴(yán)重影響了內(nèi)業(yè)高程數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集，因此在植被覆蓋區(qū)域采用全站儀實(shí)測(cè)部分高程數(shù)據(jù)，作為篩選正確高程數(shù)據(jù)的參考。

2 試 驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

為滿足濟(jì)南市整體規(guī)劃需要，對(duì)濟(jì)南市農(nóng)高區(qū)片區(qū)進(jìn)行1∶500地形圖低空攝影測(cè)量。由于項(xiàng)目工期較緊且項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間正值炎熱夏季，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和按期完工，決定采用低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量方法，嘗試采用免像控技術(shù)、密集點(diǎn)云、真正射影像與外業(yè)檢核相結(jié)合的辦法進(jìn)行地形圖測(cè)繪。

試驗(yàn)區(qū)地形多為平原和丘陵，東西跨度約6.4 km，南北跨度約5.8 km，西至百王莊村、山東聯(lián)合大學(xué)，北至石馬村，東至大范村，南至104國(guó)道，面積約13.6 km2(如圖1所示)。

圖1 試驗(yàn)區(qū)范圍

2.2 航空攝影情況

試驗(yàn)區(qū)形狀不夠規(guī)則，根據(jù)無(wú)人機(jī)每架次航攝時(shí)間及有效航攝面積，將試驗(yàn)區(qū)科學(xué)劃分為16個(gè)航攝分區(qū)。

航線設(shè)計(jì)：航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，航攝影像地面分辨率為3 cm。

航空攝影自2016年7月15開(kāi)始，至2016年7月18日結(jié)束，共拍攝相片13 540張，相幅大小為4896×3264像素；相機(jī)焦距為18 mm，像素大小為4.8 μm；影像清晰、反差適中、色調(diào)柔和、色彩平衡。

2.3 影像處理及DLG生產(chǎn)情況

影像處理自2016年7月16開(kāi)始，至2016年7月20日結(jié)束。DLG生產(chǎn)涉及1∶500標(biāo)準(zhǔn)分幅圖幅65幅，由8個(gè)作業(yè)員經(jīng)培訓(xùn)后在6天內(nèi)完成全部65幅地形圖的內(nèi)業(yè)地形要素及高程點(diǎn)采集工作。

與傳統(tǒng)的布設(shè)像控點(diǎn)和空三加密測(cè)量方法相比，該方法減少了6～8天的工作量。

2.4 地形圖精度

地形圖精度檢查采用GPS RTK(網(wǎng)絡(luò)模式)采集外業(yè)數(shù)據(jù)，共采集明顯地物點(diǎn)、特征點(diǎn)373個(gè)(其中平面檢查223個(gè)點(diǎn)，高程檢查150個(gè)點(diǎn))，數(shù)據(jù)采集時(shí)RTK為穩(wěn)定的固定解狀態(tài)。將檢核數(shù)據(jù)與DLG中對(duì)應(yīng)地物點(diǎn)平面位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)或高程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、比較，計(jì)算出DLG平面位置中誤差為0.15 m(見(jiàn)表1)，高程中誤差為0.15 m(見(jiàn)表2)，滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 DLG平面精度統(tǒng)計(jì) m

表2 DLG高程精度統(tǒng)計(jì) m

3 結(jié) 語(yǔ)

天狼星無(wú)人機(jī)免像控技術(shù)及虛擬測(cè)量測(cè)圖技術(shù)的應(yīng)用使傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)面臨著深度變革。免像控技術(shù)不僅減少了外業(yè)工作人員的工作時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使生產(chǎn)工期可控，而且可以減少對(duì)內(nèi)業(yè)空三人員的依賴，大幅提高了生產(chǎn)效率，縮短了航測(cè)生產(chǎn)周期。

由于天狼星無(wú)人機(jī)最大飛行時(shí)間只有50 min，機(jī)載相機(jī)像素為1600萬(wàn)，使得單架次的航飛面積較小，增加了航飛起落架次，影響了免像控技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高，希望以后能在飛行時(shí)間和單架次航飛面積上有所突破，進(jìn)一步提高航測(cè)生產(chǎn)效率。

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